CHƯƠNG 7: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC ĐẶC BIỆT docx

Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
CHƯƠNG 7
CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÝ
NƯỚC ĐẶC BIỆT
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
I. LÀM MỀM NƯỚC VÀXỬLÝ
NỨƠC CHO CÁC HỆ THỐNG
NỒI HƠI LÀM LẠNH
o Nướccó độ cứngcaothườnggâytáchạichongườisử
dụnglàmlãngphíxàphòngvàcácchấttẩy, tạora
cặnkếtbámvữngchắcbêntrong đường ống, thiếtbị
côngnghiệplàmkhả nănghoạt độngvàtuổithọ của
chúng. Làmmềmnướcthựcchấtlàquátrìnhlàm
giảmhàmlượngcaxivàmagiênhằmgiảm độ cứng
củanướcxuống đếnmứcchophép. Cácphươngtiện
làmmềmnứơccơbảnlà: phươngpháphoáhọc,
phươngphápnhiệt, phươngpháptrao đổiion và
phươngpháptổnghợp.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
I.1. Phươngpháphoáhọc
Cơsởcủaphươngpháplàdựavàonước
cáchoáchấtcókhả năngkếthợpcácion
Ca2+ vàMg2+ tạoracáchợpchất
khôngtan vàloạitrừ bằngbiệnpháp
lắnglọc
a. Làmmềmnướcbằngvôi: Hay còn
gọilàphươngphápkhửđộ cứng
Cacbonatbằngvôi, đượcápdụngkhi

cầnphảigiảm độ cứngvà độ kiềm
củanước
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Khichovôivàonước, cácphản ứngxảyratheo
phươngtrìnhsau:
2CO
2
+ Ca(OH)
2
à Ca(HCO
3
)
2
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
à CaCO
3
↓+ 2H
2
O
Mg (HCO
3
)
2
+2Ca(OH)

2
à Mg(OH)
2
↓+ CaCO
3
↓+ 2H
2
O
(*)
2NaHCO
3
+ Ca(OH)
2
à CaCO
3
↓+ Na
2
CO
3
+ 2H
2
O
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Nếutổnghàmlượngcácion HCO3-vàCO32-có
trongnướcnhỏ hơntổnghàmlượngcácion Ca2+
vàMg
2+
, thìmộtphầnmagiêsẽtồntạiởdạng
muốicủaaxitmạnhMgSO

4
, MgCl
2
. Phản ứngvới
vôisẽlà:
MgSO
4
+ Ca(OH)
2
à Mg(OH)
2
↓+ CaSO
4
MgCl
2
+ Ca(OH)
2
à Mg(OH)
2
↓+ CaCl
2
.
Cácphản ứngtheotrênlàmgiảm độ cứngmagiê
nhưngkhônggiảm độ cứngmagiêtoànphầnvì
lượngmagiêtáchrakhỏinướclạiđượcthaythế
bằngmộtlượngtương đươngCa
2+
, CO
3
2-

saocho
tíchsốcủanồng độ Ca
2+
, CO
3
2-
đãthamgiathế
chỗ Mg
2+
lớnhơntíchsốhoátan củaCaCO
3
.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Giớihạnlýthuyếtcủaqtrìnhlàmmềmnướcbằngvơiphụ
thuộcvào độ hồtan củaCaCO
3
vàMg(OH)
2
bảngdưới đây.
Trongnướcthiênnhiên độ hồtan củacáchợpchấttrênphụ
thuộcvàothànhphầnion củacủanướcvàhàmlượngCO
3
2-
và
OH
-
tự do
0.230.200.0380
0.550.400.150

mgđl/lmgđl/lmgđl/l
0
C
GiớihạnlàmmềmĐộhoàtanNhiệtđộnước
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
n CáchợpchấtCaCO
3
vàMg(OH)
2
cókhả năngtạo
radung dịchquábãohoà, khi đónước đãlàm
mềmsẽcònlạimộtlượngCa(OH)
2
dư. Nếulượng
dư nàyquálớnlạilàmtăng độ cứngvà độ kiềm
củanứơc đãlàmmềm. Như vậyhiệuquả củaquá
trìnhlàmmềmnướcbằngvôiphụ thuộcvào điều
kiệncânbằngbãohoàcủanướcbởicáchợpchất
CaCO
3
vàMg(OH)
2
đượctạora.
n Liềulượngvôicầnthiếtphụ thuộcvàotỷlệthành
phẩncủacácion trongnước. Nếuhàmlượng
Ca
2+
lớnhơnHCO
3

-
(hìnhdưới đây) thìlượngvôi
đượcxác địnhtheobảngtrênvàtínhtheocông
thức:
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
n Trong đó:
o a
v
: lượngvôisửdụng(vôithô); (mg/l).
o CO
2
: hàmlượngCO
2
tự do trongnước(mg/l).
o HCO
3
: hàmlượngion bicabonattrongnước; (mg/l).
o Ap:lượngphèn( FeCl
3
hoặcFeSO
4
tínhtheosảnphẩm
khôngngậmnước; (mg/l).
o e: đươnglượngcủaphènhoạttính(e=54 vớiFeCl
3
và
e=76 vớiFeSO
4
).

o C
v
: tỷ lệ vôitinhkhiếttheoCaOtrongvôithô; (%).
o 0.5: lượngdựphòng đểđảmbảolắngcặnCaCO
3
khipH
xấpxỉ9.5
(**)
100
5.0
6122
28
32
v
p
v
Ce
a
HCOCO
a ×






+±+=
−
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Biểu đồ thànhphầngiátrị củaion trongcácnguồnnướckhácnhau
Cl
-
SO
4
2-
HCO
3
-
Na
+
Mg
2+
Ca
2+
HCO
3
-
Ca
2+
↔
Cl
-
SO
4
2-
HCO
3
-
Na

+
Mg
2+
Ca
2+
b
a
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Số hạngap/etrong(côngthứctrên) lấy
dấudươngkhichophènvàonướccùng
vớivôihoặcsaukhichovôi, dấuâmkhi
chophèntrướcvôi(vìkhiphènthuỷ
phân đãlàmgiảm độ kiềmtựnhiêncủa
nước. TrongtrườnghợphàmlượngCa
2+
nhỏ hơnhàmlượngHCO
3
-
(hình b) thì
lượngvôicầnthíêtxác địnhtrêncơsở
(*) vàtínhtheo:
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Trong đó:
-Ca
2+
: lượngCa
2+
trongnước; 9mg/l).

n Cáckíhiệukhácnhư trong(**); lượngdự
phònglấy 1mgđ/l vìphảichuyểnMg(HCO
3
)
2
thànhMg(OH)
2
khônghòatan.
n Để tăngcườngchoquátrìnhlắngcặnCaCO3 và
Mg(OH)
2
khilàmmềmbằngvôi, phathêmphèn
vàonứơc. Do phản ứnglàmmềmdiễnra ở pH
lớnhơn9 nênkhôngdùng đượcphènnhôm,
trongmôitrườngkiềmphènnhômtạora
aluminathoàtan.
*)*(*
100
1
2061
2
22
28
2
3
2
v
p
v
Ce

a
Ca
HCO
CO
a ×






+±−×+=
+
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Liềulượngphèncầnthiếtxác địnhtheocôngthứcthựcnghiệp.
Trong đó:
n M: tổnghàmlượng
cặntrongnướclàm
mềm, (mg/l). Giá
trị củaM để tính
trongtrườnghợp
côngthức(**) là:
n Vàcôngthức(***)
là:
*5
100
100
61
502

22
50
3
2
0
v
v
C
a
HCOCO
MM
−
+××++=
a
p
= 3 M
1/3
(mg/l) (4*)
*)6(
100
100
50
12
29
61
502
22
50
2
32

0
v
vv
C
aC
MgHCOCO
MM
−
+++××++=
+
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Ởđây–M
0
Hàmlượngcặnkhôngtan trongnướcnguồn,
(mg/l); cáckíhiệukhácnhư trong(**) và(***).
n Để kiểmtrakếtquả củaquátrìnhlàmmềm
bằngvôi, chỉ cầnxác địnhgiátrị củapH saukhi
phavôivàonước. Nhưđãbiết, phản ứngsẽdiễn
rakhi đã đạt đếnsựcânbằngbãohoàcủa
CaCO
3
vàMg(OH)
2
trongnước. Tương ứngvới
trạngtháibãohoà đó, độổnđịnhcủanướcthải
đượcthể hiện ở mộtgiátrị pH
0
nào đó. Tạitrạng
tháibãohoàtựnhiên ứngvớipH

0
củanước, tốc
độ phản ứnglắngcặndiễnrarấtchậm. Để tăng
tốc độ lêncầnphảicómộtlượngdư ion OH
-
biểuthị bằnggiátrị ∆pH. Như vậygiátrị pH
0
sẽ
có đượcbiểuthị bằngcôngthức:
o pH = pH
0
+ ∆pH
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Trong đópH
0
: độ pH bãohoàcủanước ở cuốiquátrìnhlàmmềm. Giátrị
củapH
0
cóthể xác địnhbằngcácphươngpháp đãnêutrong Mực ổn định
nước, ∆pH= 0.5 trongtrườnghợpkhửđộ cứngCacbonat.
Đốivớiđộ cứngMagiê, trạngtháicânbằngbãohoàcủanướcbắtđầukhi
tíchsốnồng độ Mg
2+
vàOH-bằngtíchsốhoàtan củaMg(OH)
2
. Giátrị
pHS
Mg
xác địnhnhư sau:

Trong đó:
n pKw= -
lgf[H+]f[OH-],
n PS
Mg(OH)2
: hàm
logaritcủatíchsố
hoàtan của
Mg(OH)
2
lấytheo
bảngsau
n [Mg2+]: nồng độ
ion Mg2+ trong
nước, tínhbằngg
ion/l.
n µ: lựcion của
dung dịch[f].
[
]
uMgPSpKpHS
OHMgwMg
+−−=
+2
)(
lg
2
1
2
1

2
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Giátrị củaPSMg(OH)2 = -lgSMg(OH)2
11.3611.2211.0810.9610.8410.7510.7110.6710.6410.61P.S
Mg(OH)
2
8070605040302520100Nhieätñoänöôùc,
0
C
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Nếubiểuthị nồng độ ion Mg2+ bằngmg/l vàrút
gọnvềdạngkíhiệutacó
[
]
)()()(19.2)lg(
2
1
2
1
3
2
213
2
2)(1)(
22
pfMgftffMgfPSpKfpH
OHMgwOHMg
++=+







+−+






−=
++
µ
Trong đó:
+ f1(t): hàmsốphụ thuộcvàonhiệt độ nước;
+ f2(Mg2+): hàmsốphụ thuộcvàonồnđộ ion Mg2+ tạithời điểm
bắt đầutrạngthái
cânbằnbãohoà;
+ f3(t): hàmsốphụ thuộcvàotổnghàmlượngmuốicủanước.
Trongthựctế, khilàmmềmnướcbằngvôi để khử CaCO3, pHS
thườngcógiátrị từ 9.5-9.8 vớiMg(OH)2, pHScógiátrị từ 10.5-11.5.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
b. Làmmềmnướcbằngvôivàsôđa.
n Nhưđãnêu ởđiểma, khitổnghàmlượngcácion
Mg2+ vàCa2+ lớnhơntổnghàmlượngcácion
HCO3-vàCO32-nếusửdụngvôi để khửđược độ

cứngmagiê, nhưng độ cứngtoànphầnkhônggiảm.
Dể khắcphục điềunày, chothêmsôđavànướccác
phản ứngsẽlà:
MgSO4 + Ca(OH)2 à Mg(OH)2 ↓ + CaSO4
MgCl2 + Ca(OH)2 →Mg(OH)2 ↓ + CaCl2
và
CaSO4 + Na2CO3 à CaCO3 ↓ + Na2 SO4
CaCl2 + Na2CO3 à CaCO3 ↓ + NaCl
n Như vậyion CO3-củasô đa đãthaythế ion củacác
axitmạnhtạoraCaCO3 ↓. Theo cácphãn ứngtrên
cóthể xác định đượclượngvôivàsô đacầnthiết.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Trong đó:
+ As: lượngsô đatínhtheosảnphẩmthô
(mg/l)
+ CS: hàmlượngNa
2
CO
3
tinh khiết trong
sản phẩm thô (%). Các kíhiệu còn lại
giống như (**) và(***).
v
p
v
Ce
a
MgHCOCO
a

100
5.0
1261
2
22
28
2
3
2
×






+±+×+=
+
−
S
p
S
Ce
a
Mg
HCO
Ca
a
100
1

126120
53
2
3
2
×






+±+−=
+
−
+
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
c. Làmmềmnướcbằngphốtphát
Khicầnlàmmềmtriệt để, sử dụngvôivàsô đavẫn
chưahạđộ cứngcủanướcxuốngmứctốithiểu. Để
đạt được điềunày, chovàonướcNa3PO4 sẽ khử
đượchếtcácion Ca2+ vàMg2+ rakhỏinước ở dạng
cácmuốikhôngtan theophản ứng:
3CaCl2 + 2Na3PO4 à Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaCl;
3MgSO4 + 2Na3PO4 à Mg3(PO4)2 ↓+ 3Na2SO4;
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 à Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3;
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 à Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3;
3Mg (HCO3)2 + 2Na3PO4 à Mg3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3;
Quátrìnhlàmmềmnướcbằngphốtphátchỉ diễnra

thuậnlợiởnhiệt độ lớnhơn1000C. Sauxửlý, độ
cứngcủanướcgiảmxuốngcòn0.04 đến0.05 mgđ/l.
Do giáthànhcủaNa3PO4 caonênthườngchỉ dùng
nóvớiliềulượngnhỏ saukhi đãlàmmềmbằngvôi
vàso đa.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
I.2. Làmmềmnướcbằng
phươngphápnhiệt
n Nguyênlýcơbảncủaphươngpháplàkhi đunnóngnước, khí
cabonichoàtan sẽ bị khử hếtthôngqua sự bốchơi, trạnthái
cânbằngcủacáchợpchấtcabonicsẽchuyểndịchtheo
phươngtrình
Ca(HCO3)2 à CaCO3↓ + CO2↑ + H2O;
Tuynhiên đunsôinướcchỉ hếtkhíCO2vàgiảm độ cứng
cabonatcủanước, trongnướcvẫncònmộtlượngCaCO3 hoà
tan. Đốivớimagiêquátrìnhlắngcặnxảyraqua haibước, khi
nhiệt độ nước đạt180C.
Mg(HCO3)2 à MgCO3+ CO2↑ + H2O;
n Khitiếptụctăngnhiệt độ thìMgCO3 bị phânthuỷ phân.
MgCO3 + H2O à Mg(OH)2 ↓+ CO2↑
n Như vậykhi đunnóngnước, độ cứngcabonatsẽgiảm đi đáng
kể. Nếukếthợpxửlýhoáchấtvớiđunnóng, bôngcặntạora
sẽ cókíchthíchlớnvàlắngnhanhdo độ nhớtcủanướcgiảm,
đồngthờigiảmlượnghoáchấtcầnsửdụng. Làmmềmnước
bằng đunnóngthườngchỉ ápdụngchocáchệcấpnướccông
nghiệpnhư nướcnồihơivìkếthợpsửdụnglượngnhiệtdưcủa
nồihơi. Cáccôngtrìnhlàmmềmbaogồm: phachế và định
lượnghoáchất, thiếtbịđunnóngnươc, bể lắngvàbểlọc. Các
chỉ tiêukĩthụâtvàcấutạolấynhư trongcáctrườnghợpkhác.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
I.3. Làmmềmnướcbằngtrao đổiion
a. Hạttrao đổiion (Ionit) vàphươngphápsử
dụng:
n Ngànhcôngnghiệphoáhọcđãchế tạoraloại
hạtnhựahữucơtổnghợpkhôngtan trongnước
nhưngcóbềmặthoạttínhhoáhọc, cóthể cấy
lênbềmặtcáchạtnày(ionit) mộtloạication
hay anion chọntrứơcnhư Na+, H+, NH4+, OH-,
Cl Khingâmcáchạtionitvàonước, cácion đã
đượccấytrênbềmặtsẽthamgiavàophản ứng
trao đổivớicácion củamuốihoàtan trong
nước. VídụnếucấylênbềmặthạtcationNa+ (
bằngcáchngâmcáchạtnhựaionitvàodung
dịchmuốiNaCl) hạtionitsẽbiếnthànhNa-
cationit. KíhiệuR –Na. R chỉ lõikhôngtan, qui
ướcgọinólàaxitgốc1 khôngtan trongnước.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
a. Hạttrao đổiion (Ionit) vàphương
phápsửdụng
n Nếulọcnướcqua lớphạtNa-cationitsẽxảyracác
phản ứngsau:
2R-Na + Ca(HCO3)2 ⇔ R2-Ca + 2NaHCO3.
2R-Na + Mg(HCO3)2 ⇔ R2-Mg + 2NaHCO3.
2R-Na + CaCl2 ⇔ R2-Ca + 2NaCl.
2R-Na + CaSO4 ⇔ R2-Ca + Na2SO4.
2R-Na + MgSO4 ⇔ R2-Mg + Na2SO4.
o Theo mức độ lọc nước qua lớp hạt Na-cationit ngày

càng nhiều nhóm hạt tính Na của nó được thay thế
bằng ion canci vàmagiê của nước. Cuối cùng khả
năng trao đổi của Na-cationit hoàn toàn bị cạn kiệt.
Để khôi phục lại khả năng trao đổi của Na-cationit
nguời ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch cónồng
độ cao của ion Na+ vídụdung dịchmuối ăn.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
a. Hạttrao đổiion (Ionit) vàphương
phápsửdụng
n Quátrìnhnàygọilàquátrìnhhoànnguyên:
R
2
-Ca + NaCl ⇔ 2R-Na + CaCl2.
n Quátrìnhlàmmềm nướcbằngNa-cationitcóthể
giảm đượchàm lượngCa2+ vàMg2+ trong nước đến
trị số rấtbé, pH và độ kiềmtổngcủa nướckhông
thay đổi, cặnsấykhôdo tănglênmộtchútdo đã
thaythế mộtion Ca2+ hoàtan trong nướccótrong
lượngnguyêntử40.08 bằng2 ion Na+ cótrọng
lượngnguyêntử: 2*22.99=45.98.
n Chọnphươngpháplàmmềmnứơcphảidựavàochất
lượng nướcyêucầusauxửlý, thànhphầnmuốihoà
tan trong nướcnguồn. Trongtấccảcác trườnghợp
khi chỉ cầnduynhấtlàgiảm độ cứng, thìphương
pháplàmmềmbằngNa-cationitlàrẻnhất. Khi
nguồn nướccó độ kiềmcao, độ cứngmagiêcaohay
hàm lượngsắtcaothìdùngphươngphápphốihợp.
Đầutiênlàmmềm nướcbằngvôisau đólọcquabể
Na-cationit, phươngphápnàycóhiệuquả khi làm

mềm nướccácnguồn nướcmặtcó độ kiềmcao hơn
3m
gđ
/l.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Hiệnnaycơngnghiệphốhọcđãsảnxuấtra hànglọatloạivật
liệutrao đổi ion. Đặctínhcủacationit đượcdùngphổ biến ở
NgavàMỹgiớithiệu ở bảngsau:
1.700
2.800
800
2.000
2.800
0.3-1.2
0.3-1
0.3-1
0.3-1
0.3-1
0.65
0.40
0.50
0.68
0.42
0.73
0.50
0.60
0.75
0.50
Ky-2

Kh-2
EmberlaitIR-100
EmberlaitIR-120
EmberlaitIR-50
NởtrongnướcTrongkhông
khíkhô
Khảnăngtrao
đổitoàn
phần
(E=gdl/m
3
)
Kíchthước
hạt(mm)
Trọnglượngđổthànhđống(T/m
3
)Loạivậtliệu
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
b. TínhtoánbểlọcNa-Cationit
o Tínhtoáncôngnghệ bể lọcNa-
cationitbaogồmviệcxác địnhtổng
diệntíchvàsốbểlọccầnthiết để làm
mềmlượngnướcyêucầucó độ cứng
nhất định.
o TổngdiệntíchcácbểlọcNa-
cationitxác địnhtheocôngthứcsau:
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version